[发明专利]一种改性聚氨酯弹性体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，本发明涉及一种经碳纳米管改性的聚氨酯弹性体的制备方法。

背景技术

碳纳米管不仅具有非常高的强度、优异的电磁性能和热稳定性等独特性能，并且碳纳米管与高分子材料具有相近的结构。因此通过与碳纳米管复合来改善聚合物的性能，具有极高的研究及应用价值。

聚氨酯材料具有高弹性、良好的挠曲性、较高的杨氏模量以及优良的耐磨性能，良好的耐候、耐油、耐脂和耐许多溶剂等优良的性能，此外产品形态多样、成型工艺简便，因而被广泛应用于各行业。但其强度不高，耐热、耐水、抗静电等性能差，限制其进一步的应用。通过与碳纳米管复合来改善聚氨酯材料的力学、电学、热学及生物相容性能，可以扩展聚氨酯材料的应用领域。Chen等将碳纳米管通过熔融挤出的方式掺入聚氨酯弹性体中，制备得到碳纳米管/聚氨酯热塑性弹性体纤维(Chen W，Tao X M，Liu Y Y.待出版Composites Science andTechnology，2006)。Kwon等利用溶液共混和原位复合的方法，对碳纳米管/聚氨酯和酸化碳纳米管/聚氨酯复合材料的各项性能进行了对比(Kwon J Y，Kim H D.J Appl Polym Sci，2005，96，595.；Kwon J Y，Kim H D.J Polym Sci：Part A：PolymChem，2005，43，3973-3985.)。他们研究发现，碳纳米管对聚氨酯材料的模量、拉伸强度、电导性、抗静电能力均有所提高，但是原始碳纳米管的复合材料断裂伸长率降低，这是因为未经处理的碳纳米管在聚氨酯基体中不能达到良好的分散效果，因此即使其他机械性能有一定幅度的提高，但是断裂伸长率降低。

微米级长度的碳纳米管在聚合物基体中的分散性极差，在最终得到的复合材料中出现不理想的聚集态，互相缠绕的碳纳米管线团并不能充分发挥其自身的优势。另外，要制备性能优异的碳纳米管/聚合物复合材料，重要的是在基体中完全分散碳纳米管，并创造良好的界面，使碳纳米管与基体间具有良好的粘结力，这样才能将荷载转移到碳纳米管上，并不发生表面滑动，起到增强的效果。为了增加碳纳米管与聚合物基体间的界面结合力，需要对碳纳米管实施表面修饰，连接上特定的基团。

本发明以同时改善碳纳米管在聚氨酯基体中的分散性及两者界面结合力为目的，制备了一种羟基功能化的碳纳米管，这种碳纳米管可以在聚氨酯的合成中良好分散在基体中，并起到一定的交联扩链的作用，从而改善碳纳米管/聚氨酯复合材料的界面性能，提高聚氨酯弹性体的各项力学性能。

发明内容

现有技术存在碳纳米管与复合基体复合的界面作用较弱，得到的碳纳米管/聚合物复合材料性能不佳的问题。

本发明的目的是提供一种纳米改性聚氨酯弹性体的制备方法。本发明利用的碳纳米管表面通过共价键连接有一个或多个羟基。

本发明制备的纳米改性聚氨酯弹性体是采用原位聚合法，将功能化碳纳米管预先分散在多元醇组分中。

本发明制备的功能化碳纳米管表面的羟基可以起到一定的交联扩链的作用，功能化碳纳米管与聚氨酯基体的界面结合力极大提高，并且羟基的存在很好的改善了碳纳米管在聚氨酯基体中的分散性，从而提高碳纳米管改性聚氨酯复合材料的各项力学性能。

为达到上述目的，本发明按如下步骤进行：

(1)将有机酸与碳纳米管料重量比10～300混合，在50～100kHz超声波下反应0.5-5小时，加热至20-60℃回流反应3-8小时。然后用水反复洗至pH＝7。真空干燥得到产物。再用强氧化酸与上述一步酸化的产物以重量比10～150混合，以50～100kHz超声波处理0.5-5小时，加热到60-80℃回流温度下回流1.5-3小时。然后用水反复洗至pH＝7。将产物真空烘干，收集备用。

(2)取经上述酸化的碳纳米管1重量份和酰氯化试剂1-200重量份，以50～100kHz超声波处理10～100分钟后，加热到60-80℃回流温度下搅拌回流20-60小时；过滤并用溶剂洗涤至pH＝7。将产物真空烘干，得到酰氯化碳纳米管。

(3)取上述酰氯化碳纳米管1重量份和多元醇化合物或聚合物10～1000重量份，溶于200-5000重量份溶剂中，90-120℃条件下冷凝回流搅拌30-60小时，过滤，并用水反复洗至pH＝7。将产物真空烘干，得到羟基功能化碳纳米管。